Устройство для магнитной обработки жидкости

 

Предназначается для предотвращения отложений, снижения коррозионной активности добываемой жидкости. На внешнюю поверхность (К) по винтовой линии уложена магнитная система (МС), представляющая собой протяженную гибкую ленту, составленную из постоянных магнитов (М), соединенных друг с другом нерабочими торцевыми поверхностями с помощью опор. Главные поверхности М обращены к рабочему каналу (РК). Шаг навивки МС может быть постоянным или переменным. МС может быть выполнена в виде двух и более протяженных гибких лент, уложенных на К по винтовой линии. МС может быть составлена из М, смещенных друг относительно друга по высоте. Часть участков МС может не сопрягаться с внешней поверхностью К. Снаружи М охвачены герметично экраном. Такое выполнение устройства позволяет увеличить глубину распространения магнитных силовых линий в РК за счет создания неоднородности магнитного поля с максимумами напряженности, локализованными асимметрично относительно центральной продольной оси РК и распределенными вдоль РК. При этом обеспечивается регулирование величины магнитного воздействия на обрабатываемую жидкость в зависимости от ее физико-химических свойств. 7 з.п.ф-лы, 2 табл., 7 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для магнитной обработки нефти с целью предотвращения отложений асфальтосмолопарафиновых веществ (АСПВ) на наземном и подземном оборудовании, для снижения коррозионной активности добываемой жидкости, деэмульсации нефти и т.п.

Устройство также может быть использовано в медицине, теплоэнергетике, водоснабжении для предотвращения накипеобразования, для магнитного обессоливания воды и ее активации при обогащении полезных ископаемых, повышения прочности строительных материалов и т.д.

Известно устройство для магнитной обработки жидкости, включающее корпус, выполненный в виде отрезка трубопровода, магнитную систему, выполненную из кольцевых постоянных магнитов, установленных на внешней поверхности корпуса и обращенных главными поверхностями с одноименными полюсами к рабочему зазору, по которому проходит жидкость. Постоянные магниты охвачены снаружи герметично ферромагнитным экраном (см. например, патент США N 5122277, кл. C 02 F 1/48, опубл. 1992 г.). Серийный выпуск устройств типа М238 с указанными отличительными признаками осуществляет фирма Magniflo (USA). Данное устройство наиболее близкое к заявляемому по технической сущности, выбираем его за прототип.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность магнитной обработки жидкости из-за неодинаковой глубины распространения магнитных силовых линий в рабочем канале устройства в плоскости его поперечного сечения.

Это объясняется тем, что постоянные магниты, обращенные к рабочему каналу одноименными полюсами, создают в рабочем канале магнитное поле, в котором продольные составляющие распределяются на две части с противоположным направлением силовых линий, поэтому напряженность магнитного поля от каждого магнита в таком устройстве снижается вдвое. К тому же такое аксиальное магнитное поле каждого магнита характеризуется размытыми границами, что свидетельствует о низких градиентах напряженности магнитного поля.

Кроме того, поперечные составляющие магнитных полей имеют в центральной части рабочего канала малые величины, вплоть до нуля. Как следствие, часть потока жидкости окажется необработанной в магнитном поле.

Кроме того, известное устройство имеет низкую эффективность при обработке жидкости с изменяющимися во времени физико-химическими свойствами (скорость течения, вязкость и т.п.), поскольку не обеспечивается возможность регулирования величины и направления магнитного поля.

Целью изобретения является повышение эффективности магнитной обработки жидкости путем увеличения глубины распространения магнитных силовых линий в рабочем канале устройства в плоскости его поперечного сечения за счет создания неоднородного магнитного поля с максимумами напряженности, локализованными асимметрично относительно центральной продольной оси рабочего канала и распределенными вдоль рабочего канала.

Дополнительной целью изобретения является обеспечение регулирования величины магнитного воздействия на обрабатываемую жидкость в зависимости от ее физико-химических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для магнитной обработки жидкости, включающем корпус, выполненный в виде отрезка трубопровода, магнитную систему, выполненную из постоянных магнитов, установленных на внешней поверхности корпуса и обращенных главными поверхностями к рабочему каналу, и ферромагнитный экран, герметично охватывающий постоянные магниты, новым является то, что магнитная система выполнена в виде протяженной гибкой ленты, составленной из постоянных магнитов, соединенных друг с другом нерабочими торцевыми поверхностями посредством опор, например шаровых, и уложена на внешней поверхности корпуса по винтовой линии, причем один свободный конец ленты закреплен на корпусе жестко, а другой свободный конец ленты закреплен на корпусе с возможностью перемещения ленты по корпусу.

Магнитная система, выполненная в виде протяженной гибкой ленты, может быть составлена из постоянных магнитов, смещенных по высоте друг относительно друга.

Магнитная система в устройстве может быть выполнена в виде двух и более протяженных гибких лент, уложенных на внешней поверхности корпуса по винтовой линии.

Магнитная система, уложенная на внешней поверхности корпуса по винтовой линии, может быть выполнена с постоянным или переменным шагом навивки.

Главные поверхности постоянных магнитов обращены к рабочему каналу одноименными или разноименными полюсами.

Число магнитов в каждом витке магнитной системы с разноименной поляризацией главных поверхностей, обращенных к рабочему каналу, выполнено четным или нечетным.

Кроме того, часть участков магнитной системы, выполненной в виде протяженной гибкой ленты, может быть уложена на внешней поверхности корпуса без сопряжения.

Выполнение магнитной системы в виде протяженной ленты, составленной из n постоянных магнитов, соединенных друг с другом нерабочими торцевыми поверхностями посредством, например, шаровых опор, позволило создать протяженную магнитную систему с n степенями свободы, что в свою очередь позволило укладывать такую магнитную систему на внешнюю поверхность корпуса любой длины, по любой траектории, в частности по винтовой линии, с постоянным либо переменным шагом навивки, и с любым сочетанием поляризации полюсов в главных поверхностях магнитов по отношению друг к другу.

Поэтому магнитные поля, создаваемые в рабочем канале такой протяженной магнитной системой, уложенной на поверхности корпуса по винтовой линии, будут протяженными, неоднородными, n-мернораспределенными вдоль рабочего канала, с максимумами напряженности, локализованными асимметрично относительно центральной продольной оси рабочего канала. При таком распределении магнитных полей в рабочем канале глубина распространения силовых линий в поперечном сечении рабочего канала всегда выходит за пределы центральной продольной оси рабочего канала. Как следствие - вся жидкость, проходящая по рабочему каналу устройства, будет эффективно обработана магнитным полем.

Кроме того, в зависимости от выбранного варианта укладки витков магнитной системы, выполненной в виде протяженной гибкой ленты (величина шага, наличие более одной ленты, поляризация главных поверхностей магнитов в магнитной системе), можно изменять величину, градиенты напряженности и направление составляющих магнитного поля, и тем самым обеспечить регулирование магнитного воздействия на обрабатываемую жидкость в зависимости от ее физико-химических свойств.

Дополнительно ко всему, винтовая магнитная система при многократном (циклическом) пересечении жидкостью кольцевых зон увеличивает вероятность создания оптимальных условий обработки за счет широкого диапазона пространственной вариации характеристик магнитного поля.

Благодаря тому что один свободный конец протяженной магнитной системы в виде ленты закреплен на корпусе жестко, а другой - с возможностью перемещения по корпусу, обеспечивается плотное прилегание магнитной системы к наружной поверхности корпуса при любых температурах окружающей среды или обрабатываемой жидкости.

Выполнение магнитной системы в виде двух и более протяженных гибких лент, уложенных на внешней поверхности корпуса по винтовой линии, позволяет создать в рабочем канале устройства магнитные поля, пространственное распределение которых отличается друг от друга по протяженности, направлению и величине вектора напряженности к вектору скорости жидкости, протекающей в рабочем канале устройства, а также многообразием соотношений между продольной и поперечной составляющими напряженности магнитного поля.

Благодаря тому что магнитная система может быть уложена на внешней поверхности корпуса по винтовой линии с постоянным или переменным шагом навивки, появилась возможность оперативно изменять шаг навивки в процессе перекачки жидкости, не изменяя скорости ее течения. Шаг навивки выбирается исходя из физико-химических свойств омагничиваемой жидкости.

Благодаря тому что главные поверхности постоянных магнитов магнитной системы обращены к рабочему каналу либо все одноименными полюсами, либо разноименными полюсами с любой последовательностью их чередования, появилась возможность создать в рабочем канале магнитные поля любой конфигурации, с преобладанием либо продольной, либо поперечной составляющих, что позволяет в процессе обработки жидкости регулировать величину магнитного воздействия на жидкость.

В том случае, когда главные поверхности магнитов магнитной системы обращены к рабочему каналу одноименными полюсами, магнитное поле имеет поперечную и продольные составляющие, при этом одна продольная составляющая направлена по направлению течения жидкости по рабочему каналу, а другая - встречно движению жидкости.

Благодаря тому что главные поверхности магнитов магнитной системы обращены к рабочему каналу разноименными полюсами, появилась возможность наряду с поперечной и продольной составляющими магнитного поля, направленными по направлению и встречно направлению движения потока жидкости, сформировать дополнительную продольную составляющую магнитного поля, направление которой совпадает с направлением укладки магнитной системы на корпус по винтовой линии.

Благодаря тому что число магнитов в витке магнитной системы с разноименной поляризацией главных поверхностей, обращенных к рабочему каналу, выполнено четным, появилась возможность дополнительную продольную составляющую, направление которой совпадает с направлением укладки магнитной системы на корпус по винтовой линии, усилить по амплитуде. При этом чередование разноименных полюсов в главных поверхностях магнитов может производиться участками (витками), состоящими из магнитов с одноименными полюсами в пределах участка. Минимальная длина участка - один магнит.

Выполнение же числа чередующихся по поляризации магнитов (участков) в пределах витка нечетным приводит к тому, что наряду с вышеперечисленными составляющими магнитного поля сформировалась еще одна продольная составляющая, но направленная под углом к направлению течения омагничиваемой жидкости. Данная составляющая образована разноименно поляризованными участками магнитной системы смежных витков (величина угла наклона продольной составляющей определяется углом укладки магнитной системы по винтовой линии).

Благодаря тому что постоянные магниты в магнитной системе, выполненной в виде протяженной гибкой ленты, смещены друг относительно друга по высоте, появилась возможность менять соотношение между величинами продольных и поперечных составляющих, тем самым достигается вероятность создания оптимальных условий магнитной обработки жидкости, а именно за счет расширения диапазона пространственной вариации характеристик магнитного поля.

А благодаря тому что часть участков магнитной системы, выполненной в виде протяженной гибкой ленты, уложена на внешней поверхности корпуса без сопряжения, появилась возможность в процессе эксплуатации устройства плотно прилегающие к корпусу участки магнитной системы переводить в разряд участков, не сопрягающихся с внешней поверхностью корпуса, что позволяет оперативно менять картину распределения магнитного поля по периметру рабочего канала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - вариант выполнения магнитной системы в виде двух протяженных гибких лент, на фиг. 4 - вариант выполнения магнитной системы в виде двух лент с участками магнитной системы, уложенными на внешней поверхности корпуса без сопряжения, на фиг. 5 - вид А на фиг. 4, на фиг. 6 - вариант выполнения магнитной системы, составленной из магнитов, смещенных друг относительно друга по высоте, на фиг. 7 - вариант укладки магнитной ленты по винтовой линии.

Устройство для магнитной обработки жидкости содержит корпус 1, выполненный в виде отрезка трубопровода, магнитную систему 2, выполненную из постоянных магнитов 3, и экран 4, герметично охватывающий магниты 3. Экран 4 в свою очередь составлен из двух частей: одна из частей экрана, выполненная из ферромагнитного материала, охватывает боковые поверхности гибкой ленты, обращенные к предыдущему или последующему витку, и поверхность ленты, обращенную в сторону противоположную внешней поверхности рабочего канала 7.

Магнитная система 2 представляет собой протяженную гибкую ленту, составленную из постоянных магнитов 3, соединенных друг с другом нерабочими торцевыми поверхностями посредством опор 5, например шаровых, из немагнитного либо магнитного материала, установленных в углубление 6 магнитов 3. Магнитная система 2 уложена на внешней поверхности корпуса 1 по винтовой линии, при этом главные поверхности всех магнитов 3 обращены к рабочему каналу 7.

Шаг навивки магнитной системы 2 на внешнюю поверхность корпуса 1, характеризуемый углом подъема винтовой линии в пределах длины рабочего канала 7 устройства, выбирается в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемой жидкости и скорости ее течения в рабочем канале и может быть постоянным либо переменным. Для исключения нарушения шага навивки между уложенными витками установлены ограничители 8 из немагнитного материала.

Один свободный конец магнитной системы 2 закреплен на корпусе 1 жестко, например с помощью хомута 9, а другой конец закреплен на корпусе 1 с возможностью перемещения витков магнитной системы 2 по внешней поверхности корпуса 1, например через пружину 10 и хомут 11. Пружина 10 обеспечивает плотное прилегание магнитной системы 2 к поверхности корпуса 1.

Магнитная система 2 может быть выполнена в виде протяженной гибкой ленты, составленной из магнитов 3, смещенных друг относительно друга по высоте (фиг. 6).

Магнитная система 2 может быть выполнена в виде двух и более протяженных гибких лент, уложенных на внешней поверхности корпуса 1 по винтовой линии (фиг. 3, 4). Каждая протяженная лента в таком устройстве одним своим концом закреплена жестко, а другие свободные концы обеих лент закреплены на корпусе с возможностью перемещения.

В заявляемом устройстве главные поверхности постоянных магнитов в витках магнитной системы 2 обращены к рабочему каналу одноименными (фиг. 1) либо разноименными полюсами (фиг. 6).

Магнитная система 2 с разноименными полюсами в главных поверхностях магнитов 3, обращенных к рабочему каналу 7, может быть составлена с любым сочетанием чередования полос, например: - чередование через магнит; - одноименная поляризация магнитов в одном витке, в предыдущем и последующем витках - противоположная поляризация; - одноименная поляризация магнитов, составляющих участки протяженностью 1/2 витка, 1/4 витка, 1/3 витка и т.д.

При этом число участков, входящих в виток магнитной системы 2, может быть выполнено четным или нечетным (минимальное число магнитов в участке равно одному магниту).

В заявляемом устройстве часть участков магнитной системы 2 может не сопрягаться с внешней поверхностью корпуса 1, для чего между магнитной системой 2 и внешней поверхностью корпуса 1 устанавливают немагнитные подставки 12 (фиг. 4, 5).

При укладке такой ленты на внешнюю поверхность корпуса 1 часть магнитов 3 будет сопряжена с внешней поверхностью корпуса 1, а часть магнитов 3 не будет сопрягаться с внешней поверхностью корпуса 1. Для того чтобы магнитная система 2 была зафиксирована на корпусе 1, под каждый смещенный по высоте магнит 3 установлена немагнитная прокладка.

Кроме того, магнитная система 2 может быть установлена на внешней поверхности корпуса 1 с возможностью поворота магнитов 3 в опорах 5 (фиг. 7). Касание поверхности корпуса 1 в таком устройстве на некоторых участках может быть по ребру магнита 3.

Магнитная система 2 в устройстве герметично охвачена снаружи экраном 4.

Экран 4 может быть выполнен гибким и уложен на внешнюю поверхность корпуса 1 вместе с магнитной системой 2. Экран 4 может быть выполнен жестким, он охватывает магнитную систему 2, после того как последняя уложена на внешнюю поверхность корпуса 1 (на чертеже конструкция жесткого экрана не показана).

Работает устройство следующим образом.

На жидкость, текущую в рабочем канале 7 устройства, действует магнитное поле постоянных магнитов 3 магнитной системы 2, уложенных на внешнюю поверхность корпуса 1 по винтовой линии и обращенных главными поверхностями к рабочему каналу 7. Магнитное поле от каждого магнита 3 распространяется на высоту рабочего канала 7 и распределяется вдоль рабочего канала 7 по винтовой линии.

Пример омагничивания жидкости магнитной системой 2, составленной из магнитов 3, обращенных к рабочему каналу 7 одноименными полюсами. Элементарный поток жидкости входит в зону действия магнитного поля первого витка уложенной по винтовой линии магнитной системы 2 и попадает под воздействие поперечной и продольных составляющих магнитного поля. Продольные составляющие магнитного поля при такой поляризации направлены по направлению течения жидкости и встречно течению жидкости и замыкаются по цепи: полюс магнита 3, обращенный к внешней поверхности корпуса 1 - корпус 1 - рабочий канал 7, заполненный жидкостью, - корпус 1 - ферромагнитная часть экрана 4 - полюс магнита 3, обращенный в сторону экрана 4 (силовые линии продольной составляющей магнитного поля направлены под углом к вектору направления течения жидкости в рабочем канале 7. Величина указанного угла определяется углом наклона винтовой линии, по которой уложена магнитная система 2).

Элементарный поток жидкости выходит из зоны действия магнитного поля первого витка и входит в зону действия магнитного поля второго витка магнитной системы 2 и т.д., процесс омагничивания жидкости повторяется при вхождении элементарного потока жидкости в зону действия магнитного поля каждого последующего витка магнитной системы 2.

Пример омагничивания жидкости магнитной системой 2, составленной из магнитов 3 с разноименной поляризацией в главных поверхностях, обращенных к рабочему каналу 7. Например магнитная система 2 составлена из участков по два магнита с одноименной поляризацией, число участков в витке - четное. Элементарный поток жидкости входит в зону действия магнитного поля первого витка и попадает под воздействие поперечной и продольных составляющих магнитного поля. Одна продольная составляющая магнитного поля совпадает с направлением укладки магнитной системы 2 на внешнюю поверхность корпуса 1. Другая продольная составляющая магнитного поля замыкается по цепи: полюс магнита 3, обращенный к внешней поверхности корпуса 1 - корпус 1 - рабочий канал 7, заполненный жидкостью, - корпус 1 - ферромагнитная часть экрана 4 - полюс магнита 3, обращенный в сторону экрана 4. При входе данного элементарного потока в магнитное поле второго витка процесс омагничивания жидкости повторяется.

Магнитная система составлена из нечетного числа магнитов (участков) в витке. Элементарный поток жидкости входит в зону действия первого витка и попадает под воздействие поперечной и продольных составляющих магнитного поля. Одна продольная составляющая распределена в рабочем канале устройства между противоположно поляризованными магнитами (участками) смежных витков магнитной системы, две другие продольные составляющие распределяются по цепи: полюс магнита 3, обращенный к рабочему каналу 7, - корпус 1 - рабочий канал 7 - ферромагнитная часть экрана 4 - полюс магнита 3, обращенного в сторону ярма 7. Еще одна продольная составляющая распределяется по направлению линии укладки магнитной системы. При входе элементарного потока жидкости в магнитное поле второго витка магнитной системы процесс омагничивания жидкости повторяется.

Величина напряженности магнитного поля в рабочем канале, соотношение между составляющими магнитного поля зависит от конструктивного выполнения устройства и определяется физико-химическими свойствами омагничиваемой жидкости.

Под воздействием магнитного поля, образованного протяженной гибкой магнитной системой, уложенной по винтовой линии, в жидкости, протекающей по рабочему каналу, возникают центры кристаллизации асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО) и, как следствие, величина отложений АСПО на стенках скважинного нефтепромыслового оборудования уменьшится.

В табл. 1 приведены показатели эффективности работы заявляемого устройства.

В табл. 2 приведен сопоставительный анализ испытаний известного по прототипу и заявляемого устройств по варианту магнитной системы в виде одной ленты, уложенной по винтовой линии. Дополнительно корпус устройства был выполнен из ферромагнитного материала.

Из табл. 1 и 2 следует, что заявляемое устройство работает эффективно и по эффективности магнитной обработки значительно превосходит базу сравнения - магнитный аппарат фирмы Magniflo (USA) при обработке проб различных нефтей в широком диапазоне вязкостей от 4,2 до 102,0 мПа·с и плотностей от 835 до 913 кг/м³.

Формула изобретения

1. Устройство для магнитной обработки жидкости, включающее корпус, выполненный в виде отрезка трубопровода, магнитную систему, выполненную из постоянных магнитов, установленных на внешней поверхности корпуса и обращенных главными поверхностями к рабочему каналу, и ферромагнитный экран, герметично охватывающий постоянные магниты, отличающееся тем, что магнитная система выполнена в виде протяженной гибкой ленты, составленной из постоянных магнитов, соединенных друг с другом нерабочими торцевыми поверхностями посредством опор, и уложена на внешней поверхности корпуса по винтовой линии, причем один свободный конец ленты закреплен на корпусе жестко, а другой свободный конец ленты закреплен на корпусе с возможностью перемещения ленты по корпусу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что постоянные магниты в магнитной системе, выполненной в виде протяженной гибкой ленты, смещены друг относительно друга по высоте.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что магнитная система выполнена в виде двух и более протяженных гибких лент, уложенных на внешней поверхности корпуса по винтовой линии.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что магнитная система, уложенная на внешней поверхности корпуса по винтовой линии, выполнена с постоянными или переменным шагом навивки.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что главные поверхности постоянных магнитов обращены к рабочему каналу одноименными или разноименными полюсами.

6. Устройство по пп. 1 - 5, отличающееся тем, что число магнитов в витке магнитной системы с разноименной поляризацией главных поверхностей, обращенных к рабочему каналу, выполнено четным или нечетным.

7. Устройство по пп. 1 - 6, отличающееся тем, что часть участков магнитной системы, выполненной в виде протяженной гибкой ленты, уложена на внешней поверхности корпуса без сопряжения.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опоры выполнены шаровыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9